專利名稱：一種二維硅基光子晶體線缺陷慢光波導裝置的制作方法
技術領域：
:本發明屬于光學設備制造技術領域，涉及一種高群折射率、單軸對稱、圓弓形散射元構成的二維硅基光子晶體線缺陷慢光波導結構，特別是一種二維硅基光子晶體線缺陷慢光波導裝置。
背景技術：
:慢光效應是電磁波具有比光速低很多的群速度，光子晶體慢光結構由于其結構微小緊湊、傳輸損耗少和室溫運行等特點，在實際應用中具有無可比擬的優勢。現有的光子晶體慢光波導主要有線缺陷波導和點缺陷耦合波導兩種形式，線缺陷波導中的光波群速度一般較大，但色散相對較小；點缺陷耦合波導可以實現較小的群速度，但其色散較大。目前，多數研究集中于獲得較低的群速度、色散較小的結構:一是對線缺陷波導通過增加或減少線缺陷的寬度，在線缺陷中間加平行縫隙，調整空氣孔的半徑，引入啁啾波導或異質結構，將靠近線缺陷的兩排空氣孔沿波導方向平移等方式；二是對點缺陷耦合波導通過調整微腔半徑，在調整微腔半徑同時調整其周圍空氣孔的半徑，改變相鄰微腔的距離或雙缺陷微腔，同時改變缺陷柱半徑及其周圍介質柱的位置等方法；還有些研究將兩種缺陷模式結合起來，如在線缺陷波導中引入高品質因數Q的多個微腔或者單一量子點微腔等。但是，上述研究方法集中在結構的周期性排列方面，所采用的散射元主要是圓柱形散射元，只有少量研究改變了散射元的形狀，更極少用到單軸對稱的散射元結構，而獲得有效群折射率也多為光速的十幾分之一或者幾十分之一，這些結構適用于光學延時線和緩沖器等信息處理技術領域。對于應用于激發熒光和促進光電轉換等領域的慢光結構和應用于信息傳輸的慢光波導的要求不同，傳輸光信息的慢光結構要求信號保真傳輸，必須有效地減少色散；應用于激發熒光發光和促進太陽能光電轉換領域的慢光結構，主要是能量傳輸和轉化，追求的是低群速度(高的群折射率)，而較少考慮色散方面的問題。單軸對稱散射元是光子晶體結構的一種新發展，為了優化禁帶和慢光的關系，單軸對稱散射元增加了散射元的結構參數，并打破了它原來對稱形散射元的模式，將結構由雙軸對稱改為單軸對稱，目前這方面的研究尚未間有報道。現有的研究已證明，高群折射率的慢光結構可以激發熒光用于各種高效照明，而有慢光效應的多層結構，可以極大增長光在結構中的傳播時間，從而提高光電轉化效率和促進太陽能的利用。所以，如果單軸對稱散射元構建的線缺陷波導能實現高群折射率，就可以應用于激發熒光和促進太陽能光電轉換等領域。單軸對稱散射元構建的線缺陷波導具有參量多、體積很小、易于制作和集成等優點，可以通過設計結構來控制慢光效果，工作環境沒有特殊要求，可以在常溫下工作，便于與光纖系統耦合匹配等。因此，尋求設計一種高群折射率、單軸對稱、圓弓形散射元構成的二維硅基光子晶體線缺陷慢光波導裝置，帶動熒光發光和太陽能光電轉換應用等方面的突破，為慢光在能量轉化和吸收等領域提供新的結構和方向，具有重要的現實應用價值
發明內容
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本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計一種具有高群折射率、單軸對稱、圓弓形散射元構成的二維硅基光子晶體線缺陷慢光波導裝置，帶動熒光發光和太陽能光電轉換應用等方面的突破，為慢光在能量轉化和吸收等領域提供新的結構和方向，實現高群折射率的慢光效應，使光的群速度降低，可應用于提高太陽能光電轉換或光子晶體發光效率等多個領域。為了實現上述目的，本發明的主體結構包括二維硅片、單軸對稱圓弓形散射元、線缺陷、硅片長邊和硅片短邊；長方形結構的板狀二維硅片的表面上沿二維硅片的硅片長邊的方向順序排列刻蝕制有以二維硅片中心線為對稱軸的6-10排單軸對稱圓弓形散射元，二維硅片的對稱軸處留有一排沒有刻蝕制有單軸對稱圓弓形散射元而形成線缺陷；每排單軸對稱圓弓形散射元上等間距挖制有固定結構排列的90-100個單軸對稱圓弓形散射元；相鄰的單軸對稱圓弓形散射元的中心在二維硅片的表面上呈等邊六邊形排列，六邊形的邊長等于晶格常數，晶格常數由光的工作波長確定，工作波長為1550nm，晶格常數為300 350nm;單軸對稱圓弓形散射元為兩個半圓缺對合構成，其長軸半徑都為b，短軸半徑分別為C1和C2，兩個短軸半徑C1和C2能夠變化；二維硅片上分別依次排列挖制的單軸對稱圓弓形散射元為通透結構；線缺陷的方向與單軸對稱圓弓形散射元的長軸方向平行；單軸對稱圓弓形散射元的兩個面的圓弓形用偏離度O1和e2表示，其中e^l-q/b，e2=l_c2/b，漸變結構根據參數e1、e2的不同取值，θι和e2的取值范圍都為O I。本發明裝置的群折射率\和色散的關系由公式(I)表示:
權利要求
1.一種二維硅基光子晶體線缺陷慢光波導裝置，其特征在于主體結構包括二維硅片、單軸對稱圓弓形散射元、線缺陷、硅片長邊和硅片短邊；長方形結構的板狀二維硅片的表面上沿二維硅片的硅片長邊的方向順序排列刻蝕制有以二維硅片中心線為對稱軸的6-10排單軸對稱圓弓形散射元，二維硅片的對稱軸處留有一排沒有刻蝕制有單軸對稱圓弓形散射元而形成線缺陷；每排單軸對稱圓弓形散射元上等間距挖制有固定結構排列的90-100個單軸對稱圓弓形散射元；相鄰的單軸對稱圓弓形散射元的中心在二維硅片的表面上呈等邊六邊形排列，六邊形的邊長等于晶格常數，晶格常數由光的工作波長確定，工作波長為1550nm,晶格常數為300 350nm ;單軸對稱圓弓形散射元為兩個半圓缺對合構成，其長軸半徑都為b，短軸半徑分別為C1和C2，兩個短軸半徑C1和C2能夠變化；二維硅片上分別依次排列挖制的單軸對稱圓弓形散射元為通透結構；線缺陷的方向與單軸對稱圓弓形散射元的長軸方向平行；單軸對稱圓弓形散射元的兩個面的圓弓形用偏離度61和e2表示，其中ei=l-Cl/b，e2=l-C2/b，漸變結構根據參數e1、e2的不同取值，ei和e2的取值范圍都為O I。
2.根據權利要求1所述的二維硅基光子晶體線缺陷慢光波導裝置，其特征在于實現慢光效應時，采用常規的計算機系統控制，紅外光由光源發出后產生脈沖信號，脈沖信號通過偏振器后變成線偏振光進入偏振分束器，再將脈沖信號的其中一路直接用光纖進入功率放大器，另一路通過光纖透鏡準直聚焦引入到二維硅基光子晶體線缺陷慢光波導裝置，脈沖信號經過二維硅基光子晶體線缺陷慢光波導裝置后，使用光纖透鏡將出射光耦合進入光纖中，然后再進入功率放大器；功率放大器對接收的兩路信號進行放大后通過光電二極管將脈沖信號轉換為電信號，再將轉化后的電信號輸入網絡分析儀；然后對兩路信號的相位在計算機系統上進行比較，得出其包絡的相位差，排除其他干擾因素，得到光在光子晶體慢光波導裝置中通過時產生的相位變化，從而計算出慢光效應。
全文摘要
本發明屬于光學設備制造技術領域，涉及一種二維硅基光子晶體線缺陷慢光波導裝置，二維硅片的表面上沿二維硅片的硅片長邊的方向順序排列刻蝕制有單軸對稱圓弓形散射元，二維硅片的對稱軸處留有一排沒有刻蝕制有單軸對稱圓弓形散射元而形成線缺陷；相鄰的單軸對稱圓弓形散射元的中心在二維硅片的表面上呈等邊六邊形排列，單軸對稱圓弓形散射元為兩個半圓缺對合構成；二維硅片上分別依次排列挖制的單軸對稱圓弓形散射元為通透結構；線缺陷的方向與單軸對稱圓弓形散射元的長軸方向平行；其結構簡單，體積小，成本低，穩定性高，效率高，簡單易行，群折射率高，慢光帶寬大，信號保真好，可廣泛應用于太陽能光電轉換和光子晶體發光技術領域。
文檔編號G02F1/355GK103176328SQ20131012439
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月11日 優先權日2013年4月11日
發明者萬勇, 戈升波, 劉培晨, 郭月, 賈明輝 申請人:青島大學